近日，日本研究人員運用代謝體學、基因體學等，針對306個人的腸道微生物進行碳水化合物的代謝與胰島素阻抗(IR)研究，發現糞便中的微生物種類、單糖的含量與代謝症候群、第2型糖尿病息息相關，更發現阿里斯氏菌屬(Alistipes)中的Alistipes indistinctus是代謝單糖種類最多的微生物，在小鼠試驗中驗證，Alistipes indistinctus能降低肥胖小鼠的血糖，並改善胰島素阻抗病癥。該研究發表於《Nature》。

胰島素阻抗是第2型糖尿病與代謝症候群的主要病徵，先前研究發現許多腸道微生物與糖尿病、肥胖息息相關，但其中影響的機制尚未被揭秘。

因此，研究人員於2014年至2016年間，招募了306名在東京大學醫院進行年度健檢的民眾，年齡分布在20歲至75歲之間，平均身體質量指數(BMI)為24.9，糖化血色素(HbA1C)為5.8%。研究人員並已排除了糖尿病患者、習慣性使用糖尿病或腸道疾病藥物患者、在採集糞便樣本前兩周內使用過抗生素者，以及糞便樣本採集前三個月內體重減輕3公斤者。

其中，受試者分別有112名健康人士、100名肥胖者和101名糖尿病前期者。研究人員並對所有受試者進行體位測量、生化檢測、糞便的16S核醣體核糖核酸(rRNA)焦磷酸定序(pyrosequencing)和代謝體學分析，以及血液中代謝體學分析、周邊血單核球(peripheral blood mononuclear cells, PBMC)轉錄體學分析。

研究人員更進一步針對受試者的胰島素阻抗指數(HOMA-IR)大於2.5以上者，運用糞便代謝物和預期關聯基因來進行共同豐度分組(co-abundance groupings, CAGs)，以及運用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)資料庫進行分組，評估各組間腸道微生物活性的差異。(編按：HOMA-IR大於2以上即為嚴重胰島素阻抗)

研究人員利用質譜分析糞便與血液中的代謝體學，發現糞便中有195種親水性代謝物和2654種親脂性代謝物，而血清中有100種親水性代謝物和635種親脂性代謝物與胰島素阻抗相關；這代表糞便代謝體學可能有助於研究胰島素阻抗的病理生理學。

研究結果發現，胰島素阻抗患者糞便中的碳水化合物其單醣含量較高，代表與胰島素阻抗和胰島素敏感性相關的腸道細菌具有不同的碳水化合物代謝模式。

在親水性代謝物中，與胰島素阻抗顯著相關的大多數是碳水化合物的代謝物，且多數是單醣，研究人員根據KEGG資料庫分析研究發現，主要是半乳糖(galactose)、果糖(fructose)、木糖(xylose)和甘露糖(mannose)。此外，胰島素阻抗還與短鏈脂肪酸(SCFA)的濃度升高息息相關。

研究人員再與16S rRNA定序結果進行比對，發現與胰島素阻抗相關的碳水化合物代謝相關的有兩種微生物群，一種是具有顯著正相關的毛螺菌科(Lachnospiraceae)，尤其是其中的Dorea屬；另一種是具有顯著負相關的擬桿菌屬(Bacteroides)、阿里斯氏菌屬(Alistipes)和普氏梭桿菌屬(Flavonifractor)。

研究人員還發現，微生物的碳水化合物代謝與宿主的發炎細胞因子息息相關，尤其是發炎因子IL-10，與果糖、甘露糖、木糖和鼠李糖(rhamnose)有獨特的相互作用，顯示過量的單糖可能影響宿主細胞因子的表現。

研究人員發現Alistipes indistinctus消耗的碳水化合物種類最多，因此進一步在小鼠動物模型中進行研究，將Alistipes indistinctus等7種與胰島素敏感性相關的微生物移植給高脂飲食的小鼠。

動物試驗中發現，小鼠腸道中與胰島素敏感性相關的微生物豐度越高，可以顯著降低小鼠的餐後血糖，改善胰島素阻抗的病徵，而Alistipes indistinctus更是7支菌中的佼佼者，改善胰島素阻抗效果最好。

研究人員指出，接受Alistipes indistinctus移植的小鼠其腸道中的碳水化合物顯著減少，而在飲食攝取量和運動量未顯著改變之下，代表Alistipes indistinctus可能幫宿主消耗掉腸道中促發炎的單糖。

這項研究指出，腸道微生物對碳水化合物的代謝與人們的胰島素阻抗息息相關，腸道微生物在糞便的變化以及碳水化合物的含量，甚至可能成為代謝症候群與第2型糖尿病的病理機制之一。

參考資料：https://www.news-medical.net/news/20230904/Gut-microbes-play-a-starring-role-in-insulin-resistance-opening-doors-for-new-diabetes-treatments.aspx

論文：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06466-x

(編譯/李林璦)